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咪唑啉衍生物缓蚀性能的理论研究

作　者: 刘金祥
导　师: 张军
学　校: 中国石油大学
专　业: 物理学
关键词: 咪唑啉缓蚀剂量子化学计算分子动力学模拟分子力学
分类号: TG174.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 135次
引　用: 2次
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内容摘要

腐蚀的预防在工业生产过程中具有重要意义。在众多的防腐蚀措施中,添加缓蚀剂技术因具有经济、高效、适应性强等优点,被广泛应用于石油、石化、钢铁、电力、建筑等多个工业部门。传统缓蚀剂的设计与评价方法是建立在猜测和大量探索性实验的基础之上,成本高,周期长,因此新型缓蚀剂的研究开发迫切需要理论指导。咪唑啉及其衍生物是一类性能优良的缓蚀剂,能有效预防碳钢的CO2腐蚀和H2S腐蚀。文中研究的咪唑啉化合物具有相同的烷基链R1(十一烷基),而亲水支链R2不同,分别为CH2COOH (A), CH2CH2OH (B), CH2CH2NH2 (C)和H (D)。采用量子化学计算、分子力学和分子动力学模拟相结合的方法对其缓蚀机理进行了深入研究。首先,通过量子化学计算得到的全局反应活性参数(前线轨道能量、硬度、亲电子指数等)表征了分子的反应活性;其次,构建自组装模型,通过分子力学考察缓蚀剂分子与金属表面的相互作用;最后,采用分子动力学方法研究液相条件下缓蚀剂分子在金属表面的吸附行为。研究结果表明,亲水支链对缓蚀剂分子的反应活性、缓蚀剂分子与金属表面的相互作用和缓蚀剂膜的致密性有显著影响。4种咪唑啉缓蚀剂缓蚀效率的理论评价结果为:A>B>C>D,与先前的实验研究结论完全吻合。文中的理论评价方法可以提供一种评价缓蚀剂性能的新方法,并且对人们所需性能缓蚀剂的研究开发具有重要的指导意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章前言  8-14
  1.1 缓蚀剂简介  8-11
    1.1.1 缓蚀剂的定义  8
    1.1.2 缓蚀剂分子的结构特征  8-9
    1.1.3 缓蚀剂的分类  9-10
    1.1.4 缓蚀剂的发展历史及研究现状  10-11
  1.2 有机缓蚀剂  11-12
    1.2.1 缓蚀机理  11-12
    1.2.2 常用有机缓蚀剂  12
  1.3 咪唑啉类缓蚀剂  12-14
第二章理论计算方法简介  14-20
  2.1 量子化学方法  14-16
  2.2 分子力场方法  16-18
    2.2.1 分子力学  16
    2.2.2 分子动力学模拟  16-18
  2.3 软件介绍  18-20
第三章咪唑啉衍生物缓蚀性能的量子化学研究  20-29
  3.1 量子化学参数  20-21
  3.2 量子化学计算  21-29
    3.2.1 计算方法  21-22
    3.2.2 结果与讨论  22-27
    3.2.3 小结  27-29
第四章咪唑啉衍生物在金属表面自组装成膜研究  29-36
  4.1 计算方法  29-30
    4.1.1 分子动力学模拟  29-30
    4.1.2 分子力学  30
  4.2 结果与讨论  30-36
    4.2.1 单个缓蚀剂分子在金属表面吸附行为的MD 模拟  30-32
    4.2.2 缓蚀剂在金属表面的自组装单层膜  32-34
    4.2.3 小结  34-36
第五章液相条件下咪唑啉衍生物在金属表面吸附研究  36-46
  5.1 引言  36
  5.2 计算方法  36-38
    5.2.1 模型构建  36-37
    5.2.2 计算细节  37-38
  5.3 结果与讨论  38-46
    5.3.1 单个缓蚀剂分子在金属表面的吸附  38-41
    5.3.2 多个缓蚀剂分子在金属表面的吸附成膜  41-44
    5.3.3 本章小结  44-46
结论  46-48
参考文献  48-51
攻读硕士学位期间取得的学术成果  51-52
致谢  52

咪唑啉衍生物缓蚀性能的理论研究

内容摘要

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